1.4学案——反冲运动专题_反冲运动火箭学案
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2012级高二物理选修3-5《第1章 碰撞与动量守恒》
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第一章 碰撞与动量守恒
§1.4 反冲运动
【知识梳理】
一、反冲
1、一个静止的物体在____________的作用下分裂为两个部分，由动量守恒定律可知：一部分向某个方向运动，而另一部_______________运动，我们称为反冲。此时动量守恒定律的表达式可表示为：_______________。
2、反冲现象在生活中有着广泛的应用，比如灌溉喷水器、反击式水轮机、喷气式飞机、火箭等，但我们也要____反冲现象存在着弊端，用枪射击时，子弹向前飞去，由于反冲现象枪身会________，从而影响射击的________。
二、火箭
1、工作原理：火箭的飞行应用了_____的原理，火箭的燃料点燃后燃烧生成的高温燃气以很大的速度______喷出，火箭由于反冲而向前运动。
2、影响火箭获得速度大小的因素：（1）____________；（2）质量比（火箭______的质量与火箭____________质量之比）；（3）______越大，______越大，火箭最终获得的速度就越大。
3、现代火箭主要用来发射探测仪器、常规弹头或核弹头、人造卫星或宇宙飞船，即利用火箭作为运载工具。
【知识点拨】
一．反冲运动与动量守恒
在以下三种情况中均可用动量守恒定律解决反冲运动问题：
1．系统不受外力或所受外力之和为零，满足动量守恒的条件，可以用动量守恒定律解决反冲运动问题；
2．系统虽然受到外力作用，但内力远远大于外力，外力可以忽略，也可以用动量守恒定律解决反冲运动问题；
3．系统虽然所受外力之和不为零，系统的动量不守恒，但系统在某一方向上不受外力或外力在该方向上的分力之和为零，则系统的动量在该方向上的分量保持不变，可以用该方向上动量守恒解决反冲问题。
在讨论反冲运动时应注意以下两点：（1）速度的方向性。
（2）速度的相对性。在反冲运动中，若已知条件是物体间的相对速度，利用动量守恒定律列方程时，一般应把相对速度转化为对地速度。
【经典体验】
1.如图16-1所示，一个连同装备总质量为M=100千克的宇航员，在距离飞船为S=45米与飞船处于相地静止状态。宇航员背着装有质量为m0=0.5千克氧气的贮氧筒，可以将氧 1
图16-1 2012级高二物理选修3-5《第1章 碰撞与动量守恒》
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气以V=50米/秒的速度从喷咀喷出。为了安全返回飞船，必须向返回的相反方向喷出适量的氧，同时保留一部分氧供途中呼吸，且宇航员的耗氧率为 R=2.5×10-4千克/秒。不考虑喷出的氧气对设备及宇航员总质量的影响。试计算：(1)喷氧量应控制在什么范围? 返回所需的最长和最短时间是多少?(2)为了使总耗氧量最低，应一次喷出多少氧? 返回时间又是多少? 分析与解：一般飞船沿椭圆轨道运动，不是惯性参照系。但是在一段很短的圆弧上，可以认为飞船作匀速直线运动，是惯性参照系。
(1)设有质量为m的氧气，以速度v相对喷咀，即宇航员喷出，且宇航员获得相对于飞船为V的速度，据动量守恒定律：mv-MV=0 则宇航员返回飞船所需的时间为：t=S/V=MS/mv 而安全返回的临界条件为：m+Rt=m0，以t=MS/mv代入上式，得：m2v-m0vm+RMS=0，m=
把m0、v、R、M、S代入上式可得允许的最大和最小喷氧量为：
mmax=0.45千克，mmin=0.05千克。返回的最短和最长时间为：tmin=
=200秒，tmax=
=1800秒
(2)返回飞船的总耗氧量可表示为：△M=m+Rt=(MS/vt)+Rt
因为MS/vt与Rt之积为常量，且当两数相等时其和最小，即总耗氧量最低，据：MS/vt=Rt，所以相应返回时间为：t=相应的喷氧量应为：m=Rt=0.15千克。
=600秒
想一想：还有什么方法可求出这时的喷氧量?(m=MS/vt=0.15千克)2：如图所示，总质量为M的气球下端悬着质量为m的人而静止于高度为h的空中，欲使人能安全沿绳着地，人下方的绳至少应为多长？2012级高二物理选修3-5《第1章 碰撞与动量守恒》
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分析与解：气球和人原静止于空中，说明系统所受合外力为零，故人下滑过程中系统动量守恒。人着地时，绳梯至少应触及地面。因为人下滑过程中，人和气球在应意时刻的动量大小都相等，所以整个过程中平均动量守恒，若设绳梯长为L,人沿绳下滑至地面的时间为t,由动量守恒定律，有 ML=
（Lh)hm0 tt(mM)h M
【自主探究】
1、火箭的飞行是由于火箭喷出的气体向后推周围的空气，空气对火箭有一个向前的反作用力使火箭前进。这种认识是否正确？并说明理由。
2、火箭发射前的总质量为M、燃料燃尽后火箭的质量为m，火箭燃气的喷射速度为v1，求燃料燃尽后火箭的飞行速度v为多大？
由题目试着分析影响火箭飞行速度的因素：
3、影响火箭飞行速度的因素：
a、b、4、一质量为m的人站在停靠岸边的小船上，小船质量为M，现在：（1）人以对地的水平速度v跳上岸；
（2）人以对地的速度斜向上跳上岸，v和水平方向成θ角；（3）人以对船的水平速度u跳上岸；
求上述三种情况下，人跳起后，小船后退的速度各是多大（不计水的阻力）？
【课堂反馈】
1、下列运动属于反冲运动的是（）
A、乒乓球碰到墙壁后弹回 B、发射炮弹后炮身后退
C、喷气式飞机喷气飞行 D、火箭的发射
2．假定冰面是光滑的，某人站在冰冻河面的中央，他想到达岸边，则可行的办法是()A．步行 B．挥动双臂
C．在冰面上滚动 D．脱去外衣抛向岸的反方向
3、运送人造卫星的火箭开始工作后，火箭做加速运动的原因是
A．火箭发动机将燃料燃烧产生的气体向后推出，气体给火箭的反作用力推动火箭 B．燃料燃烧推动空气，空气反作用力推动火箭2012级高二物理选修3-5《第1章 碰撞与动量守恒》
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C．火箭吸入空气，然后向后排出，空气对火箭的反作用力推动火箭 D．火箭燃料燃烧发热，加热周围空气，空气膨胀推动火箭
4、采取下列哪些措施有利于增加喷气式飞机的飞行速度()A.使喷出的气体速度增大 B.使喷出的气体温度更高 C.使喷出的气体质量更大 D.使喷出的气体密度更小
5．静止的实验火箭，总质量为M，当它以对地速度v0喷出质量为Δm的高温气体后，火箭的速度为()A．Δmv0/(M-Δm)； B．—Δmv0/(M-Δm)； C．Δmv0/M D．—Δmv0 /M6、一只青蛙，蹲在置于水平地面上的长木板一端，并沿板的方向朝另一端跳，在下列情况下，青蛙一定不能跳过长木板的是（）
A．木板的上表面光滑而底面粗糙 B．木板的上表面粗糙而底面光滑 C．木板的上下表面都粗糙 D．木板的上下表面都光滑
7、A、B两船的质量均为M，它们都静止在平静的湖面上，当A船上质量为
M的人以水平2速度v从A船跳到B船，再从B船跳回A船．设水对船的阻力不计，经多次跳跃后，人最终跳到B船上，则()．
A．A、B两船的速度大小之比为3∶2 B．A、B(包括人)动量大小之比为1∶1 C．A、B(包括人)动量之和为零 D．因跳跃次数未知，故以上答案均无法确定
8．装有炮弹的火炮总质量为m1，炮弹的质量为m2，炮弹射出炮口时对地的速率为V0，若炮管与水平地面的夹角为θ，则火炮后退的速度大小为()A．m2 V0 /m1 B．—m2V0/(m1一m2)C．m2V0cosθ/(m1一m2)D．m2V0cosθ/m1
9、总质量为M的火箭竖直向上发射，每次喷出气体的质量为m，假设相对于地面的速度均为v，则：
（1）喷出1次气体后，火箭获得速度的大小是多大？（2）喷出2次气体后，火箭获得多大的速度？
（3）若1秒内火箭喷出n次气体，那么1秒末火箭的速度是多大？
10.如图所示，长为l、质量为M的小船停在静水中，一个质量为m的人站在船头，若不计水的阻力，当人从船头走到船尾的过程中，船和人对地面的位移各是多少？ 2012级高二物理选修3-5《第1章 碰撞与动量守恒》
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